TwinCAT 3 NC 編碼器軸的跟隨使用

第6頁TwinCAT3NC編碼器軸的跟隨使用TwinCAT3NC編碼器軸的跟隨使用作者：云龍職務(wù)：華東區(qū)技術(shù)支持工程師郵箱：long.yun@日期：2022-12-1摘要：在一些特殊的運動控制場景中，需要處于多軸耦合關(guān)系中的從軸跟隨主軸的實際速度/位置，在TwinCATNC系統(tǒng)中可以通過多種方式實現(xiàn)不同效果的從軸跟隨主軸實際位置，后文將對實現(xiàn)方法詳細描述。附件：序號文件名備注歷史版本：免責聲明：我們已對本文檔描述的內(nèi)容做測試。但是差錯在所難免，無法保證絕對正確并完全滿足您的使用需求。本文檔的內(nèi)容可能隨時更新，如有改動，恕不事先通知，也歡迎您提出改進建議。參考信息：目錄1. 軟硬件版本 31.1. 倍福Beckhoff 31.1.1. 控制器硬件 31.1.2. 控制軟件 31.2. 伺服驅(qū)動及電機 31.2.1. 伺服驅(qū)動器 31.2.2. 電機 32. 準備工作 32.1. EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接線 32.2. 配置使用EL7211模塊 32.2.1. 電源電壓選擇 42.2.2. 伺服驅(qū)動操作模式選擇 42.2.3. NC軸縮放比設(shè)置 43. 實現(xiàn)方法 53.1. 使用NC軸參數(shù)設(shè)置實現(xiàn) 53.1.1. 方法說明 53.1.2. 設(shè)置實現(xiàn) 53.1.3. 補充/提示 73.2. 通過建立軸關(guān)系實現(xiàn) 83.2.1. 方法說明 8. 編碼器軸設(shè)備中轉(zhuǎn)（主軸不包含控制） 8. 編碼器軸數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)（主軸可以控制） 83.2.2. 方法實現(xiàn) 9. 軸設(shè)備中轉(zhuǎn) 9. 軸數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn) 103.2.3. 補充/提示 12

軟硬件版本倍福Beckhoff控制器硬件PC作為TwinCAT控制器調(diào)試使用控制軟件PC使用完整安裝的TwinCAT3.1Build4024.22版本伺服驅(qū)動及電機伺服驅(qū)動器Beckhoff緊湊型伺服驅(qū)動模塊EL7211-0010*2電機Beckhoff緊湊型驅(qū)動技術(shù)的同步伺服電機AM8111-0F21-0000*2準備工作EtherCAT網(wǎng)絡(luò)接線使用筆記本電腦作為EtherCAT主站，經(jīng)過EK1100EtherCAT網(wǎng)絡(luò)耦合器同步控制兩個EL7211模塊，接線如下：（筆記本電腦如果不能安裝TwinCAT實時以太網(wǎng)驅(qū)動程序建議使用倍?？刂破髯鳛镋therCAT網(wǎng)絡(luò)主站進行測試）配置使用EL7211模塊模塊安裝完成，調(diào)試筆記本通過網(wǎng)線與EK1100進行連接后使用TwinCAT3軟件執(zhí)行IO硬件掃描操作。電源電壓選擇在DriveManager標簽下選擇PowerManagement，通過下拉菜單選擇合適的電源電壓，這里使用的是24V。伺服驅(qū)動操作模式選擇在Channelx—>Configuration—>ProcessData/OperationMode，通過下拉菜單選擇方便調(diào)試的CSP（同步周期位置模式）。NC軸縮放比設(shè)置在Channelx—>Configuration—>ScalingandNCparameter選項中設(shè)定軸的縮放比例，這里配置為360unit配置完成后激活配置（Activateconfiguration）使配置生效，隨后通過NC界面進行軸控調(diào)試實現(xiàn)方法本次測試中我們使用兩種主要方法實現(xiàn)該功能，一種是直接在TwinCATNC中設(shè)置軸參數(shù)讓軸在未使能時的命令位置始終以實際位置為基準對齊，另一種是通過NC軸的組件/變量鏈接實現(xiàn)編碼器位置的傳遞。使用NC軸參數(shù)設(shè)置實現(xiàn)方法說明該方法通過設(shè)置NC軸—>Parameter—>OtherSettings中的“CoupleslavetoactualvalueifnotEnable”選項實現(xiàn)，該參數(shù)配置的說明信息如下：CoupleslavetoactualvalueifnotEnable：當前軸未激活使能時，以當前軸(軸關(guān)系中為主軸)的實際位置作為從軸參考值，以下為該設(shè)置項不同狀態(tài)下的說明。Tips：以下為該選項的相關(guān)配置參數(shù)，通過實際測試與手冊信息了解，沒有發(fā)現(xiàn)實際的工作效果。VelocityWindow：從軸在設(shè)定的速度窗口內(nèi)不跟隨主軸運動。FilterTimeforVelocityWindows：當實際速度和命令速度之差超過設(shè)定的速度窗口設(shè)定的濾波時間時會導致NC軸反饋錯誤。設(shè)置實現(xiàn)物理軸驅(qū)動參數(shù)配置完成后激活配置使得配置生效，再將“CoupleslavetoactualvalueifnotEnable”選項設(shè)置為TRUE，并選擇Download將選項準備值寫入到NC軸中。此時我們可以觀察到：綠色框中Axis1為設(shè)置選項為TRUE的情況：此時Axis1的實際位置ActualPos和命令位置SetpPos始終保持一致，以及實際速度ActualVelo和命令速度SetpVelo同樣一致。藍色框中Axis2為設(shè)置選項為FALSE的情況：此時實際位置與命令位置不存在直接關(guān)系，實際速度與命令速度也是同理。選擇從軸Axis2進入Online調(diào)試界面，給電機上使能：切換到Coupling界面—>選擇主軸為Axis1—>耦合模式選擇Linear—>設(shè)置電子齒輪耦合系數(shù)—>點擊Couple執(zhí)行齒輪耦合動作：此時手動旋轉(zhuǎn)未使能的主軸，從軸也會跟隨手動旋轉(zhuǎn)的速度一比一的“模仿”動作：Scope抓取到的圖像中：藍色為主軸Axis1的實際與命令位置（二者始終對齊故圖像重合）綠色為從軸Axis2跟隨的命令位置根據(jù)圖像可以分析，在手動旋轉(zhuǎn)主軸的情形下從軸的命令位置很好的跟隨主軸的位置，主從的跟隨誤差很小同一時刻抓取的圖像中：橙色為從軸Axis2跟隨的實際位置可以看得出從軸的實際位置和命令位置之間是存在一定的跟隨誤差的，該現(xiàn)象和從軸的控制參數(shù)整定調(diào)試有關(guān)系，測試時沒有嚴格調(diào)試，當前是合理現(xiàn)象。至此可以說明從軸能夠在主軸未使能時跟隨主軸的實際位置動作。補充/提示從軸在跟隨主軸動作的時候，始終跟隨主軸的命令位置，只是在本例中主軸的命令位置和實際位置對齊，所以動作起來的現(xiàn)象是跟隨了主軸的實際位置；“CoupleslavetoactualvalueifnotEnable”選項的作用也就是在NC軸未使能時自動將NC軸的命令位置以實際位置為基準進行對齊；NC軸激活使能后“CoupleslavetoactualvalueifnotEnable”選項功能不再適用，實際位置應(yīng)該跟隨命令位置；NC軸出現(xiàn)報警時該功能同樣不適用；由于修改的是命令位置的對齊關(guān)系，所以該功能不僅在齒輪同步中適用，任何存在主從軸關(guān)系的場景下都適用；選項中提供的速度窗口和速度窗口濾波功能測試后沒有發(fā)現(xiàn)任何效果，歡迎測試補充。通過建立軸關(guān)系實現(xiàn)方法說明編碼器軸設(shè)備中轉(zhuǎn)（主軸不包含控制）在該方法中，從伺服系統(tǒng)或者獨立的編碼器設(shè)備中取得實際的電機位置，再將該設(shè)備鏈接到NC中新建的編碼器軸上作為位置的反饋參考，隨后再以該編碼器軸作為主軸，構(gòu)建主從同步關(guān)系，軸的控制框架如下：該方法能夠快捷獲取編碼器設(shè)備的數(shù)據(jù)和診斷信息，在手搖輪、外部接入編碼器等位置反饋單元不需要主動動作的場景下可以快速部署使用。編碼器軸數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)（主軸可以控制）在該方法中，系統(tǒng)已有兩個真實存在的伺服系統(tǒng)軸，主軸和從軸，將主軸編碼器設(shè)備的變量數(shù)據(jù)傳遞給新建的編碼器軸，以實現(xiàn)編碼器軸實時反饋伺服主軸的位置信息：該方法通過數(shù)據(jù)多重鏈接的方式，將一路的編碼器數(shù)據(jù)同時給到多個接收設(shè)備上，而給出的變量數(shù)據(jù)信息可以根據(jù)需要自行選擇鏈接。

方法實現(xiàn)軸設(shè)備中轉(zhuǎn)在Axes中添加新項—>軸類型選擇為EncoderAxis：選擇合適的物理硬件作為NC編碼器軸的位置反饋設(shè)備：鏈接完成—>激活硬件配置—>啟動完成后—>選擇從軸—>激活從軸使能—>選擇主軸為編碼器軸—>電子齒輪耦合動作，隨即可以實現(xiàn)手動旋轉(zhuǎn)物理編碼器硬件，從軸自動跟隨的功能以下為實際的跟隨效果：藍色：主軸命令/實際位置綠色：從軸命令位置橙色：從軸實際位置軸數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)在已有兩個物理軸正常鏈接到NC軸的情況下，我們在NC中新建一個編碼器軸，編碼器軸的數(shù)據(jù)來源我們通過變量鏈接的方式同步到編碼器軸的輸入數(shù)據(jù)中。此處進行編碼器變量數(shù)據(jù)鏈接，如此同步可以將其他NC軸的編碼器數(shù)據(jù)同步到該新建的編碼器軸中：需要注意的是：因為物理硬件中的變量數(shù)據(jù)已經(jīng)與NC軸建立了鏈接，所以在和其他變量鏈接時需要將“onlyunused”選項取消才能在鏈接列表中看到物理硬件中的該變量。如下為鏈接成功的輸入接口狀態(tài)：鏈接完成后，重新激活硬件配置，可以在Axes界面觀察到如下的軸信息激活硬件配置—>啟動完成后—>對從軸進行上使能及齒輪耦合動作—>隨即可以實現(xiàn)手動旋轉(zhuǎn)物理硬件編碼器，從軸自動跟隨的功能；給主軸上使能后控制主軸動作，從軸跟隨主軸位置動作。主軸未使能時從軸跟隨情況：藍色：主軸命令位置，紅色：主軸實際位置綠色：從軸命令位置，橙色：從軸實際位置主軸使能后主軸JOG動作：藍色：主軸命令位置,紅色：主軸實際位置綠色：從軸命令位置,橙色：從軸實際位置補充/提示在編碼器軸作為設(shè)備中轉(zhuǎn)時占用物理編碼器設(shè)備對象，因此可以直接在NC編碼器軸中選擇鏈接對象進行信號鏈接；在編碼器作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)時，只是將物理編碼器設(shè)備中某個過程參數(shù)變量作為數(shù)據(jù)源與NC編碼器軸的輸入變量鏈接，也可以自定義需要連接的信號；

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